JP2012066950A - Method for producing carbon material - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a means to supply a carbon material of stable quality, in a method for producing a carbon material, by minimizing distortion and collapse of the structure of the resulting carbon material in the production process.SOLUTION: A method for producing a carbon material includes: a step (first step) of preparing as a template a porous metal complex including a three-dimensional porous skeleton structure of a metal complex represented by the formula: M(OH)R (wherein M is a central metal, and R is an organic ligand); a step (second step) of bringing the porous metal complex into contact with an organic compound to thereby form the coating film of the organic compound on the surface of the porous metal complex; and a step (third step) of heating the metal complex with the coating film of the organic compound formed on the surface to thereby polymerize and carbonize the organic compound.

Description

本発明は、炭素材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a carbon material.

炭素材料は、リチウムイオン電池の負極活物質や燃料電池の水素吸蔵材料といったエネルギー貯蔵材料としての用途が、近年非常に注目されている。   In recent years, carbon materials have attracted a great deal of attention as energy storage materials such as negative electrode active materials for lithium ion batteries and hydrogen storage materials for fuel cells.

ここで例えば、リチウムイオン二次電池の負極活物質として最もよく用いられているグラファイトは、リチウムの挿入脱離により膨張収縮が発生したり、負極活物質の表面において電解液の反応が進行したりすることにより、電池寿命の低下をもたらすという課題がある。また、電池の容量特性や出力特性を向上させるという観点からも、炭素材料の構造を分子レベルで設計・合成していくことが必要であると考えられる。このような発想のもと、例えば、金属配位高分子化合物(多孔性金属錯体)を鋳型として用いて炭素材料を製造する方法が開示されている(特許文献1を参照)。   Here, for example, graphite, which is most often used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery, causes expansion / contraction due to insertion / desorption of lithium, or a reaction of an electrolyte proceeds on the surface of the negative electrode active material. As a result, there is a problem of reducing the battery life. From the viewpoint of improving the capacity characteristics and output characteristics of the battery, it is considered necessary to design and synthesize the structure of the carbon material at the molecular level. Based on such an idea, for example, a method for producing a carbon material using a metal coordination polymer compound (porous metal complex) as a template has been disclosed (see Patent Document 1).

特開2009−143786号公報JP 2009-143786 A

特許文献1に開示されているような多孔性金属錯体を鋳型として用いることによる炭素材料の製造では、加熱によって鋳型の除去が可能となる。このため、炭素材料を安価に製造することができるという利点がある。   In the production of a carbon material by using a porous metal complex as disclosed in Patent Document 1 as a template, the template can be removed by heating. For this reason, there exists an advantage that a carbon material can be manufactured cheaply.

そして、本発明者もまた、特許文献1に記載の手法のように多孔性金属錯体を鋳型として用いて炭素材料を製造しようと試みた。しかしながら、この手法では得られる炭素材料の構造が製造過程において歪んだり崩壊したりする場合があることが判明した。このように炭素材料の構造が歪んだり崩壊したりすると、安定した品質の炭素材料を大量に生産する際には非常に大きな課題である。   And this inventor also tried to manufacture a carbon material using a porous metal complex as a casting_mold | template like the method of patent document 1. FIG. However, it has been found that the structure of the carbon material obtained by this method may be distorted or collapsed during the manufacturing process. Thus, when the structure of the carbon material is distorted or collapsed, it is a very big problem when producing a stable quality carbon material in large quantities.

本発明は、炭素材料の製造方法において、得られる炭素材料の構造の製造過程における歪みや崩壊を最小限に抑制し、安定した品質の炭素材料の供給を可能としうる手段を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide means for suppressing the distortion and collapse in the manufacturing process of the structure of the obtained carbon material to the minimum and enabling the supply of a stable quality carbon material in the carbon material manufacturing method. And

本発明者らは、上記の課題に鑑み鋭意研究を積み重ねた。その過程で、多孔性金属錯体としてヒドロキシ基(−OH基)を含有するものを鋳型として用いると、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成させるに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies in view of the above problems. In the process, when a porous metal complex containing a hydroxy group (—OH group) is used as a template, the inventors have found that the above problem can be solved, and have completed the present invention.

すなわち、本発明の一形態によれば、炭素材料の製造方法であって、M(OH)R(式中、Mは中心金属であり、Rは有機配位子である)で表される金属錯体の三次元的多孔性骨格構造を含む多孔性金属錯体を鋳型として準備する工程と、前記多孔性金属錯体を有機化合物と接触させて、前記多孔性金属錯体の表面に前記有機化合物の塗膜を形成する工程と、表面に前記有機化合物の塗膜が形成された前記金属錯体を加熱して、前記有機化合物を重合および炭化させる工程とを含む製造方法が提供される。   That is, according to one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a carbon material, which is a metal represented by M (OH) R (wherein M is a central metal and R is an organic ligand). A step of preparing a porous metal complex including a three-dimensional porous skeleton structure of the complex as a template, contacting the porous metal complex with an organic compound, and coating the organic compound on the surface of the porous metal complex And a method of heating the metal complex having a coating film of the organic compound formed on the surface thereof to polymerize and carbonize the organic compound.

本発明によれば、鋳型として用いる多孔性金属錯体にヒドロキシ基が含有されていることで多孔性金属錯体の耐水性が向上する。その結果、炭素材料の製造過程における炭素材料の構造の歪みや崩壊が最小限に抑制され、安定した品質の炭素材料の供給が可能となる。   According to the present invention, the water resistance of the porous metal complex is improved by the hydroxy group contained in the porous metal complex used as the template. As a result, the distortion and collapse of the structure of the carbon material during the manufacturing process of the carbon material are suppressed to a minimum, and a stable quality carbon material can be supplied.

実施例1で得られた鋳型について粉末X線回折装置により測定された回折パターンを示す図である。「洗浄前」のグラフは、エタノール洗浄前の回折パターンである。一方、「洗浄後」のグラフは、エタノール洗浄後の回折パターンである。It is a figure which shows the diffraction pattern measured with the powder X-ray-diffraction apparatus about the casting_mold | template obtained in Example 1. FIG. The graph “before cleaning” is a diffraction pattern before ethanol cleaning. On the other hand, the graph “after washing” is a diffraction pattern after ethanol washing. 比較例1で得られた鋳型について粉末X線回折装置により測定された回折パターンを示す図である。「洗浄前」のグラフは、エタノール洗浄前の回折パターンである。一方、「洗浄後」のグラフは、エタノール洗浄後の回折パターンである。It is a figure which shows the diffraction pattern measured with the powder X-ray-diffraction apparatus about the casting_mold | template obtained in the comparative example 1. The graph “before cleaning” is a diffraction pattern before ethanol cleaning. On the other hand, the graph “after washing” is a diffraction pattern after ethanol washing.

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を説明するが、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載に基づいて定められるべきであり、以下の形態のみに制限されない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the technical scope of the present invention should be determined based on the description of the scope of claims, and is not limited to the following embodiments.

本発明の一形態は、下記化学式1:   One embodiment of the present invention has the following chemical formula 1:

式中、Mは中心金属であり、Rは有機配位子である、
で表される金属錯体の三次元的多孔性骨格構造を含む多孔性金属錯体を鋳型として準備する工程(以下、「第1工程」とも称する)と、前記多孔性金属錯体を有機化合物と接触させて、前記多孔性金属錯体の表面に前記有機化合物の塗膜を形成する工程(以下、「第2工程」とも称する)と、表面に前記有機化合物の塗膜が形成された前記金属錯体を加熱して、前記有機化合物を重合および炭化させる工程(以下、「第3工程」とも称する)とを含む、炭素材料の製造方法が提供される。以下、工程順に詳細に説明する。
Where M is a central metal and R is an organic ligand.
A step of preparing a porous metal complex containing a three-dimensional porous skeleton structure of a metal complex represented by the above as a template (hereinafter also referred to as “first step”), and contacting the porous metal complex with an organic compound A step of forming a coating film of the organic compound on the surface of the porous metal complex (hereinafter also referred to as “second step”), and heating the metal complex having the coating film of the organic compound formed on the surface. And the manufacturing method of a carbon material including the process (henceforth a "3rd process") which superposes | polymerizes and carbonizes the said organic compound is provided. Hereinafter, it demonstrates in detail in order of a process.

[第1工程]
第1工程では、金属錯体の三次元的多孔性骨格構造を含む多孔性金属錯体を鋳型として準備する。この多孔性金属錯体は、上述した化学式1で表される金属錯体の三次元的多孔性骨格構造を含む。ここで、「鋳型」とは、多孔性金属錯体の有する三次元的多孔性骨格構造が、最終的に得られる炭素材料に転写されることによる呼称である。
[First step]
In the first step, a porous metal complex including a three-dimensional porous skeleton structure of a metal complex is prepared as a template. This porous metal complex includes a three-dimensional porous skeleton structure of the metal complex represented by Chemical Formula 1 described above. Here, the “template” is a name obtained by transferring a three-dimensional porous skeleton structure of a porous metal complex to a carbon material finally obtained.

化学式1で表される金属錯体において、Mは中心金属である。本発明の一実施形態において、Mは、3価または4価の金属からなる群から選択される金属である。後述するように、有機配位子(R)は通常、中心金属Mとの配位結合によって2価を占める。そして、上述した化学式1の金属錯体では、これに加えてヒドロキシ基(−OH基)が中心金属Mに対して結合することから、Mは3価以上の金属であるとよいのである。なお、Mが4価の金属であると、化学式1の金属錯体により形成される多孔性金属錯体における三次元的多孔性骨格構造の細孔を比較的小さいサイズに制御することが可能となる。また、金属錯体は、後述するように最終的には炭素材料とは分離されて除去されるが、金属錯体に含まれる中心金属Mは微量ながら最終生成物である炭素材料中に残存しうる。このため、あえて所望の金属を炭素材料中に残存させることを意図して、そのような金属を金属錯体の中心金属Mとして採用することもできる。かような形態によれば、得られた炭素材料が種々の用途に用いられた際に、残存している微量の金属に触媒作用を発揮させるといったことも可能となる。このようにして、複合的な性能を有する炭素材料の製造を図ってもよい。そして、上述したような知見に基づいて、中心金属Mの種類は適宜決定されうる。さらに、具体的には、Mは、Al、Fe、V、Cr、GaおよびInからなる群から選択される金属であることが好ましい。かような形態は、炭素材料を高純度かつ高効率で安価に大量合成するという点で好ましい。なお、金属錯体における中心金属Mは通常1種であるが、場合によっては可能であれば、2種以上の中心金属Mを含む金属錯体が用いられてもよい。   In the metal complex represented by Chemical Formula 1, M is a central metal. In one embodiment of the invention, M is a metal selected from the group consisting of trivalent or tetravalent metals. As will be described later, the organic ligand (R) usually occupies divalence by a coordinate bond with the central metal M. And in the metal complex of Chemical Formula 1 mentioned above, since a hydroxyl group (-OH group) couple | bonds with respect to the central metal M in addition to this, M is good in it being a trivalent or more metal. When M is a tetravalent metal, the pores of the three-dimensional porous skeleton structure in the porous metal complex formed by the metal complex of Chemical Formula 1 can be controlled to a relatively small size. In addition, the metal complex is finally separated and removed from the carbon material as described later, but the central metal M contained in the metal complex may remain in the carbon material that is the final product, though a trace amount. For this reason, such a metal can also be employ | adopted as the central metal M of a metal complex with the intention of leaving a desired metal in a carbon material dare. According to such a form, when the obtained carbon material is used for various applications, it is possible to cause the remaining trace amount of metal to exhibit a catalytic action. In this way, a carbon material having a composite performance may be manufactured. And based on the knowledge as described above, the type of the central metal M can be appropriately determined. More specifically, M is preferably a metal selected from the group consisting of Al, Fe, V, Cr, Ga, and In. Such a form is preferable in that a large amount of carbon material is synthesized with high purity, high efficiency, and low cost. In addition, although the central metal M in a metal complex is 1 type normally, depending on the case, if possible, the metal complex containing 2 or more types of central metals M may be used.

化学式1で表される金属錯体において、Rは有機配位子である。本発明の一実施形態において、Rは、2つ以上の配位サイトを有し、中心金属Mの原子またはイオンに配位して架橋構造を形成しうる化合物である。有機配位子Rの具体例としては、例えば、trans−エチレンジカルボン酸、ベンゼンジカルボン酸(例えば、1,4−ベンゼンジカルボン酸)、ベンゼントリカルボン酸(例えば、1,3,5−ベンゼントリカルボン酸)、ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、イミダゾールジカルボン酸、トリエチレンジアミンなどが挙げられる。ただし、これらの形態のみには限定されず、本技術分野において公知のその他の形態もまた、同様に採用されうる。用いられる有機配位子の種類を選択することで、金属錯体の三次元的多孔性骨格構造における細孔径を制御することができる。例えば、有機化合物における2つのカルボキシ基の間や2つのアミノ基の間の距離が短いほど、多孔性金属錯体における細孔径が相対的に小さくなる。なお、金属錯体における有機配位子Rは通常1種であるが、場合によっては可能であれば、2種以上の有機配位子Rを含む金属錯体が用いられてもよい。   In the metal complex represented by Chemical Formula 1, R is an organic ligand. In one embodiment of the present invention, R is a compound having two or more coordination sites and capable of forming a crosslinked structure by coordinating with atoms or ions of the central metal M. Specific examples of the organic ligand R include, for example, trans-ethylene dicarboxylic acid, benzene dicarboxylic acid (for example, 1,4-benzenedicarboxylic acid), and benzenetricarboxylic acid (for example, 1,3,5-benzenetricarboxylic acid). , Naphthalene dicarboxylic acid, biphenyl dicarboxylic acid, imidazole dicarboxylic acid, triethylenediamine and the like. However, it is not limited only to these forms, Other forms well-known in this technical field can also be employ | adopted similarly. By selecting the kind of the organic ligand used, the pore diameter in the three-dimensional porous skeleton structure of the metal complex can be controlled. For example, the shorter the distance between two carboxy groups or two amino groups in an organic compound, the smaller the pore size in the porous metal complex. In addition, although the organic ligand R in a metal complex is 1 type normally, the metal complex containing 2 or more types of organic ligands R may be used depending on the case.

本形態の製造方法において用いられる、化学式1で表される金属錯体の三次元的多孔性骨格構造を含む多孔性金属錯体は、その名のとおり多孔性である。「多孔性」の具体的な形態について特に制限はない。ただし、後述の工程において当該金属錯体と接触する有機化合物が当該金属錯体の細孔の内部にまで導入される程度のサイズの細孔を有するものであることが好ましい。かような観点から、多孔性金属錯体の細孔径は0.4nm程度以上であることが好ましい。   The porous metal complex containing the three-dimensional porous skeleton structure of the metal complex represented by the chemical formula 1 used in the production method of this embodiment is porous as the name suggests. There is no particular limitation on the specific form of “porous”. However, it is preferable that the organic compound in contact with the metal complex has pores of a size that can be introduced into the pores of the metal complex in the steps described later. From such a viewpoint, the pore size of the porous metal complex is preferably about 0.4 nm or more.

なお、本形態において用いられる金属錯体の具体例としては、例えば、Al(OH)(EDC)(EDC=trans−エチレンジカルボン酸)や、Al(OH)(BDC)(BDC=1,4−ベンゼンジカルボン酸)などが挙げられる。ただし、これらの形態のみには限定されず、上述の説明および技術常識を参照して、その他の形態もまた、同様に採用されうる。   In addition, as a specific example of the metal complex used in this embodiment, for example, Al (OH) (EDC) (EDC = trans-ethylenedicarboxylic acid) or Al (OH) (BDC) (BDC = 1,4-benzene) Dicarboxylic acid) and the like. However, it is not limited only to these forms, and other forms can be similarly adopted with reference to the above description and technical common sense.

また、準備された多孔性金属錯体に対して、50〜250℃程度、好ましくは70〜200℃の温度条件下にて数時間程度の真空乾燥処理を施しておいてもよい。かような処理を施すことで、後述する第2工程における有機化合物による塗膜の形成がより効率的になされうる。   Further, the prepared porous metal complex may be subjected to a vacuum drying treatment for about several hours under a temperature condition of about 50 to 250 ° C., preferably 70 to 200 ° C. By performing such a treatment, the coating film can be formed more efficiently by the organic compound in the second step described later.

上述した多孔性金属錯体は、ヒドロキシ基(−OH基)を有する。このヒドロキシ基が、当該多孔性金属錯体の優れた耐水性に寄与しているのではないかと考えられる。完全なメカニズムはいまだ不明であるが、ヒドロキシ基が存在することで水分との親和性が向上し、水分を可逆的に吸着−脱離することができるものと考えられる。一方、ヒドロキシ基を有しない多孔性金属錯体(例えば、特許文献1に記載のもの)は、水分と接触するともともとの三次元的多孔性骨格構造が歪んだり崩壊してしまう場合がある。本発明者は検討を進める中で、ヒドロキシ基を有しない多孔性金属錯体をエタノール(極微量の水分を含有)で洗浄することを試みた。そうしたところ、洗浄前には2000m/g以上あった多孔性金属錯体のBET比表面積が、20m/g以下にまで低下することが判明した。そして、洗浄後に乾燥処理を施して水分を除去しても、この比表面積の低下が回復することは確認されなかった。このことから、エタノール洗浄によって多孔性金属錯体の三次元的骨格構造が歪み、または崩壊していることは明らかである。そして、その原因としては、エタノールに含まれる水分が影響しているのではないかと考えられた。これに対し、ヒドロキシ基を有する本実施形態の多孔性金属錯体ではかような比表面積の低下は確認されなかった。このため、多孔性金属錯体の耐水性の向上にはヒドロキシ基の存在が大きく寄与しているものと考えられたのである。 The porous metal complex described above has a hydroxy group (—OH group). This hydroxy group is considered to contribute to the excellent water resistance of the porous metal complex. Although the complete mechanism is still unclear, it is considered that the presence of a hydroxy group improves the affinity with water and can reversibly adsorb and desorb water. On the other hand, when a porous metal complex having no hydroxy group (for example, one described in Patent Document 1) is contacted with moisture, the original three-dimensional porous skeleton structure may be distorted or collapsed. The present inventor tried to wash a porous metal complex having no hydroxy group with ethanol (containing a very small amount of water) during the study. As a result, it was found that the BET specific surface area of the porous metal complex, which was 2000 m 2 / g or more before washing, decreased to 20 m 2 / g or less. And even if it performed the drying process after washing | cleaning and the water | moisture content was removed, it was not confirmed that the fall of this specific surface area recovers. From this, it is clear that the three-dimensional skeleton structure of the porous metal complex is distorted or collapsed by the ethanol washing. And as the cause, it was thought that the water | moisture content contained in ethanol might have influenced. On the other hand, such a decrease in specific surface area was not confirmed in the porous metal complex of the present embodiment having a hydroxy group. For this reason, it was considered that the presence of the hydroxy group greatly contributed to the improvement of the water resistance of the porous metal complex.

上述した多孔性金属錯体の入手経路については特に制限はない。商業的に入手可能な商品が存在する場合には、当該商品を用いてもよい。一方、可能であれば、自ら調製した多孔性金属錯体を用いて本形態の製造方法を実施することも可能である。   There is no restriction | limiting in particular about the acquisition route of the porous metal complex mentioned above. If a commercially available product exists, the product may be used. On the other hand, if possible, the production method of this embodiment can be carried out using a porous metal complex prepared by itself.

多孔性金属錯体を自ら調製する手法としては、例えば、文献(F. Millange et al., Chem. Commun., 2002, 822-823)に記載の手法が例示されるが、その他の公知の情報を参照してももちろんよい。ここで、上記文献に記載の手法について簡単に説明する。まず、中心金属Mを含有する水溶性の塩(中心金属MがCrのときには、例えば、CrIII(NO・xHOなど)と、上述した有機配位子(例えば、1,4−BDC)と、強酸(結晶性の金属錯体を得るのに必須である;例えば、フッ化水素)とを、過剰量の水に添加し、混合する。次いで、反応系のpHを1未満の強酸性条件に維持しつつ、反応系を180〜250℃程度の温度に加熱し、数時間〜数日間保持する。なお、強酸性条件下で反応が進行することから、反応容器としては容器の内表面がテフロン(登録商標)などの耐酸性樹脂でライニングされたものを用いることが好ましい。 As a technique for preparing the porous metal complex itself, for example, the technique described in the literature (F. Millange et al., Chem. Commun., 2002, 822-823) is exemplified. Of course you can refer to it. Here, the method described in the above document will be briefly described. First, a water-soluble salt containing the central metal M (when the central metal M is Cr, for example, Cr III (NO 3 ) 3 .xH 2 O) and the above-described organic ligand (for example, 1, 4 -BDC) and a strong acid (essential to obtain a crystalline metal complex; eg hydrogen fluoride) is added to an excess of water and mixed. Next, the reaction system is heated to a temperature of about 180 to 250 ° C. and maintained for several hours to several days while maintaining the pH of the reaction system at a strongly acidic condition of less than 1. In addition, since the reaction proceeds under strongly acidic conditions, it is preferable to use a reaction vessel whose inner surface is lined with an acid-resistant resin such as Teflon (registered trademark).

続いて、上記で得られた固体生成物を回収し、常法(濾過、洗浄など)に従って精製する。この段階で得られる生成物には有機配位子として添加した化合物が遊離状態で残存している場合がある。このため、有機配位子を除去できる程度の温度条件(例えば、250〜350℃程度)にて数〜数十時間程度、当該生成物を管状炉内で仮焼して、有機配位子として添加した化合物の残存物を除去することができる。その結果、上述した化学式1で表される金属錯体が得られる。例えば、上述の原料を用いた場合には、CrIII(OH){OC−C−CO}の構造を有する金属錯体が得られる。その他の組成を有する金属錯体についても、上記文献をはじめとして、従来公知の知見を適宜参照しつつ、自ら調製することが可能である。 Subsequently, the solid product obtained above is recovered and purified according to a conventional method (filtration, washing, etc.). In the product obtained at this stage, the compound added as an organic ligand may remain in a free state. For this reason, the product is calcined in a tubular furnace for about several to several tens of hours under a temperature condition (for example, about 250 to 350 ° C.) at which the organic ligand can be removed. The residue of the added compound can be removed. As a result, the metal complex represented by Chemical Formula 1 described above is obtained. For example, when the above-described raw materials are used, a metal complex having a structure of Cr III (OH) {O 2 C—C 6 H 4 —CO 2 } is obtained. Metal complexes having other compositions can also be prepared by themselves with appropriate reference to known knowledge including the above documents.

[第2工程]
第2工程では、上記の第1工程で準備した多孔性金属錯体を有機化合物と接触させる。これにより、多孔性金属錯体の表面に有機化合物の塗膜を形成する。
[Second step]
In the second step, the porous metal complex prepared in the first step is brought into contact with the organic compound. Thereby, a coating film of an organic compound is formed on the surface of the porous metal complex.

第2工程において用いられる「有機化合物」の具体的な形態について特に制限はなく、多孔性金属錯体の細孔の内部に導入されることができ、かつ、後述する重合・炭化工程において重合および炭化して炭素材料を提供することができる化合物であればよい。かような有機化合物を用いることで、多孔性金属錯体の細孔内において細孔の形状に従って重合物が形成され、引き続き炭化されることによって、細孔を有する高比表面積の多孔質炭素材料を得ることができる。   There is no restriction | limiting in particular about the specific form of the "organic compound" used in a 2nd process, It can introduce | transduce inside the pore of a porous metal complex, and it superposes | polymerizes and carbonizes in the polymerization and carbonization process mentioned later. And any compound that can provide a carbon material. By using such an organic compound, a polymer is formed according to the shape of the pores in the pores of the porous metal complex, and subsequently carbonized, so that a porous carbon material having a high specific surface area having pores can be obtained. Obtainable.

また、有機化合物は、多孔性金属錯体の細孔の内部にまで(好ましくは容易に)導入されうるように、液化または気化できるものであることが好ましい。有機化合物を液化させる手法としては、例えば、融点以上の温度に加熱する方法や溶媒に溶解させる方法が採用されうる。さらに、有機化合物を気化させる方法としては、例えば、沸点以上の温度に加熱する方法や蒸気雰囲気を利用する方法などが採用されうる。   The organic compound is preferably one that can be liquefied or vaporized so that it can be introduced (preferably easily) into the pores of the porous metal complex. As a method for liquefying the organic compound, for example, a method of heating to a temperature higher than the melting point or a method of dissolving in a solvent can be employed. Furthermore, as a method for vaporizing the organic compound, for example, a method of heating to a temperature equal to or higher than the boiling point, a method using a steam atmosphere, or the like can be employed.

上述したような条件を満たす「有機化合物」の具体例としては、例えば、フルフリルアルコール、アクリロニトリル、酢酸ビニル、スチレン、ブタジエン、イソプレン、スクロースなどが挙げられる。ただし、かような形態のみには限定されず、その他の有機化合物もまた、同様に採用されうる。   Specific examples of the “organic compound” that satisfies the above-described conditions include furfuryl alcohol, acrylonitrile, vinyl acetate, styrene, butadiene, isoprene, sucrose, and the like. However, it is not limited only to such a form, Other organic compounds can also be employ | adopted similarly.

第2工程では、上記で準備した多孔質金属錯体を上述した有機化合物と接触させる。これにより、多孔性金属錯体の表面に有機化合物の塗膜を形成する。なお、多孔性金属錯体は通常、内部に多数の「細孔」を有している。このため、本願における「多孔性金属錯体の表面に塗膜を形成する」とは、多孔性金属錯体の内部に存在する1つ1つの細孔の内表面にも有機化合物の塗膜が形成されることを意味する。   In the second step, the porous metal complex prepared above is brought into contact with the organic compound described above. Thereby, a coating film of an organic compound is formed on the surface of the porous metal complex. The porous metal complex usually has a large number of “pores” inside. For this reason, “to form a coating film on the surface of the porous metal complex” in the present application means that a coating film of an organic compound is also formed on the inner surface of each pore present in the porous metal complex. Means that.

多孔性金属錯体を有機化合物と接触させる手法について特に限定はなく、例えば、液状の有機化合物を用いる場合には、当該有機化合物中に多孔性金属錯体を浸漬して、当該有機化合物を錯体の細孔内部にまで十分に浸入させればよい。また、気体状の有機化合物を用いる場合には、当該有機化合物の蒸気雰囲気中に多孔性金属錯体を置くことによって、当該有機化合物を当該錯体の細孔内部にまで浸入させることが可能である。なお、有機化合物を多孔性金属錯体の細孔内部へ導入する際には、当該多孔性金属錯体を予め減圧にしておくことが好ましい。   There is no particular limitation on the method for bringing the porous metal complex into contact with the organic compound. For example, in the case of using a liquid organic compound, the porous metal complex is immersed in the organic compound, and the organic compound is dissolved in the complex compound. It suffices to sufficiently penetrate the hole. When a gaseous organic compound is used, the organic compound can be penetrated into the pores of the complex by placing a porous metal complex in the vapor atmosphere of the organic compound. When introducing the organic compound into the pores of the porous metal complex, it is preferable to reduce the pressure of the porous metal complex in advance.

第2工程では、上述したように多孔性金属錯体を有機化合物と接触させた後、多孔性金属錯体の表面に存在する過剰な有機化合物を除去することが好ましい。この際、エタノール、メタノール等の低級脂肪族アルコールを用いて多孔性金属錯体を洗浄することが好ましい。これにより、多孔性金属錯体の表面に存在する過剰な有機化合物が確実に除去されうる。洗浄処理の具体的な形態について特に制限はなく、所望の量の有機化合物が多孔性金属錯体の表面に残存するように、洗浄条件が適宜設定されうる。上述したように、本実施形態の多孔性金属錯体は、ヒドロキシ基を有するために耐水性に優れると考えられている。したがって、上述したように低級脂肪族アルコール(通常は極微量の水分を含有している)を用いて洗浄する工程を含む実施形態は、本発明において好ましい実施形態の1つである。しかしながら、本発明の炭素材料の製造方法において、鋳型として用いられる多孔性金属錯体が水分と接触する可能性があるのはかような特定の溶媒を用いた洗浄工程のみではない。金属錯体の準備から、後述する重合・炭化工程までには洗浄工程以外の他の工程においても、金属錯体は水分と接触する可能性がある。そして、洗浄工程以外にも水分と接触する可能性が残っている限り、ヒドロキシ基を有する多孔性金属錯体を鋳型として用いる本発明の炭素材料の製造方法の優位性は同様に存在するのである。このため、上記洗浄工程を含む実施形態は、本発明において好適な実施形態の1つであるとはいえるが、必ずしも当該工程を実施することが本発明において必須とされるわけではない。   In the second step, as described above, it is preferable to remove excess organic compound present on the surface of the porous metal complex after contacting the porous metal complex with the organic compound. At this time, the porous metal complex is preferably washed with a lower aliphatic alcohol such as ethanol or methanol. Thereby, the excess organic compound which exists in the surface of a porous metal complex can be removed reliably. The specific form of the cleaning treatment is not particularly limited, and the cleaning conditions can be appropriately set so that a desired amount of the organic compound remains on the surface of the porous metal complex. As described above, the porous metal complex of this embodiment is considered to have excellent water resistance because it has a hydroxy group. Therefore, as described above, an embodiment including the step of washing with a lower aliphatic alcohol (usually containing a trace amount of water) is one of the preferred embodiments in the present invention. However, in the method for producing a carbon material of the present invention, the porous metal complex used as a template is not limited to the cleaning step using such a specific solvent that may come into contact with moisture. From the preparation of the metal complex to the polymerization / carbonization process described later, the metal complex may come into contact with moisture also in other processes than the washing process. As long as there is still a possibility of coming into contact with moisture other than the washing step, the advantage of the method for producing a carbon material of the present invention using a porous metal complex having a hydroxy group as a template also exists. For this reason, although it can be said that embodiment containing the said washing | cleaning process is one of the suitable embodiment in this invention, implementing the said process is not necessarily essential in this invention.

[第3工程]
第3工程では、上記の第2工程で表面に有機化合物の塗膜が形成された金属錯体を加熱することにより、当該有機化合物を重合および炭化させる。これにより、最終生成物である炭素材料が製造される。
[Third step]
In the third step, the organic compound is polymerized and carbonized by heating the metal complex having a coating film of the organic compound formed on the surface in the second step. Thereby, the carbon material which is a final product is manufactured.

金属錯体を加熱するための具体的な手法やその条件について特に制限はない。本工程の目的である「有機化合物の重合および炭化」が達成されうる限り、任意の手法・加熱条件が採用されうる。   There is no restriction | limiting in particular about the specific method and its conditions for heating a metal complex. As long as “the polymerization and carbonization of the organic compound” that is the object of this step can be achieved, any technique and heating conditions can be adopted.

加熱の形態の一例としては、例えば、重合および炭化の2段階で反応を進行させて、炭素材料を製造する手法が例示される。かような形態では、まず、金属錯体の表面に塗膜として存在する有機化合物の重合反応が進行する程度の温度(比較的低い温度)で加熱処理を行う。これにより、有機化合物の重合反応を進行させて、後の炭化工程における炭化がより効果的に行われるようになる。なお、重合反応の際の加熱条件の一例としては、例えば、60〜200℃程度の温度で1〜48時間程度の加熱といった条件が例示される。なお、重合反応のための加熱の際の雰囲気は、塗膜を形成している有機化合物を気化させた雰囲気や、不活性ガス雰囲気(アルゴン、窒素など)であることが好ましい。   As an example of the form of heating, for example, a method of producing a carbon material by allowing the reaction to proceed in two stages of polymerization and carbonization is exemplified. In such a form, first, heat treatment is performed at a temperature (relatively low temperature) at which the polymerization reaction of the organic compound existing as a coating film on the surface of the metal complex proceeds. Thereby, the polymerization reaction of the organic compound is advanced, and carbonization in the subsequent carbonization step is performed more effectively. In addition, as an example of the heating conditions in the case of a polymerization reaction, conditions, such as heating for about 1 to 48 hours at the temperature of about 60-200 degreeC, are illustrated, for example. In addition, it is preferable that the atmosphere in the case of the heating for polymerization reaction is the atmosphere which vaporized the organic compound which forms the coating film, or inert gas atmosphere (argon, nitrogen, etc.).

上述した形態では、続いて、炭化反応を進行させるために、比較的高い温度で加熱処理を施す。これにより、重合物として存在する有機化合物の炭化が進み、最終的に目的生成物である炭素材料が得られるのである。炭化反応を進行させるためには、例えば、200〜1200℃程度、好ましくは500〜1000℃程度の温度で1〜48時間程度加熱すればよい。炭化反応を進行させるための加熱の際の雰囲気は、不活性ガス雰囲気(アルゴン、窒素など)であることが好ましい。なお、場合によっては、上述した炭化反応によって得られた生成物に対して、不活性ガスをキャリアガスとしてプロピレン等の炭化水素を接触させ、上記と同様の加熱条件下で加熱することによって、追加の気相炭化処理を施してもよい。   In the above-described embodiment, subsequently, heat treatment is performed at a relatively high temperature in order to advance the carbonization reaction. As a result, the carbonization of the organic compound existing as a polymer proceeds, and the carbon material that is the target product is finally obtained. In order to advance the carbonization reaction, for example, it may be heated at a temperature of about 200 to 1200 ° C., preferably about 500 to 1000 ° C. for about 1 to 48 hours. It is preferable that the atmosphere at the time of heating for advancing the carbonization reaction is an inert gas atmosphere (argon, nitrogen, etc.). In some cases, the product obtained by the carbonization reaction described above is added by bringing hydrocarbons such as propylene into contact with an inert gas as a carrier gas and heating under the same heating conditions as above. Vapor phase carbonization treatment may be performed.

以上の工程により、多孔質構造を有する炭素材料が得られる。そして、得られた炭素材料の有する多孔質構造は、鋳型として用いた多孔性金属錯体が有していた三次元的多孔性骨格構造が転写されたものである。なお、鋳型として用いた多孔性金属錯体については、上述した第3工程においてその骨格が分解し、配位子の一部は上述の重合・炭化に関与する可能性もある。また、多孔性金属錯体に含まれていた金属成分(主として、中心金属M)については、沸点が低いものは炭化処理時に気化するため、別途の除去処理は不要である。一方、得られた炭素材料中に金属成分が残存しうる場合には、酸を用いた処理によって、当該金属成分を容易に溶解・除去することができる。また、用途によっては、得られた炭素材料中に残存している金属を、そのまま触媒などとして用いることができる。さらには、ある炭素材料が本発明の技術的範囲に属するものであるか否かを判断する目的で、極微量残存する金属成分(中心金属M由来のもの)の存在を指標として用いてもよい。   Through the above steps, a carbon material having a porous structure is obtained. The resulting carbon material has a porous structure in which a three-dimensional porous skeleton structure possessed by the porous metal complex used as a template is transferred. In addition, about the porous metal complex used as a casting_mold | template, the frame | skeleton decomposes | disassembles in the 3rd process mentioned above, and a part of ligand may be concerned with the above-mentioned superposition | polymerization and carbonization. Further, regarding the metal component (mainly, the central metal M) contained in the porous metal complex, those having a low boiling point are vaporized during the carbonization treatment, and therefore no separate removal treatment is necessary. On the other hand, when a metal component can remain in the obtained carbon material, the metal component can be easily dissolved and removed by treatment with an acid. Further, depending on the application, the metal remaining in the obtained carbon material can be used as it is as a catalyst. Further, for the purpose of determining whether or not a certain carbon material belongs to the technical scope of the present invention, the presence of a trace amount of remaining metal component (derived from the central metal M) may be used as an index. .

上述したように、本実施形態の製造方法によれば、炭素材料の製造過程における炭素材料の構造の歪みや崩壊が最小限に抑制され、安定した品質の炭素材料の供給が可能となる。そしてそのメカニズムとして、鋳型として用いる多孔性金属錯体にヒドロキシ基が含有されていることで多孔性金属錯体の耐水性が向上していることが寄与することが示唆された。   As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, distortion and collapse of the structure of the carbon material in the process of manufacturing the carbon material are suppressed to a minimum, and a stable quality carbon material can be supplied. And as the mechanism, it was suggested that the water resistance of the porous metal complex is improved by containing a hydroxy group in the porous metal complex used as a template.

以上のように、本実施形態の製造方法により得られる炭素材料は、鋳型として用いられる多孔性金属錯体が耐水性に優れる結果、当該錯体の有する三次元的多孔性骨格構造が忠実に反映されるように転写された三次元構造を有することになる。この事実は、本実施形態の製造方法により得られる炭素材料の、粉末X線回折装置により測定される回折パターンにおける第1ピークの2θの値を用いて定量的に表現することが可能である。すなわち、上記炭素材料の、粉末X線回折装置により測定される回折パターンにおける第1ピークの2θの値は、鋳型として用いられる多孔性金属錯体の第1ピークの2θの値に対して、±1°の範囲に存在することが好ましく、±0.5°の範囲に存在することがより好ましく、±0.2°の範囲に存在することが特に好ましい。   As described above, the carbon material obtained by the production method of the present embodiment is a result of the porous metal complex used as a template being excellent in water resistance, so that the three-dimensional porous skeleton structure of the complex is accurately reflected. Thus, the transferred three-dimensional structure is obtained. This fact can be quantitatively expressed using the 2θ value of the first peak in the diffraction pattern measured by the powder X-ray diffractometer of the carbon material obtained by the manufacturing method of the present embodiment. That is, the value of 2θ of the first peak in the diffraction pattern of the carbon material measured by a powder X-ray diffractometer is ± 1 with respect to the value of 2θ of the first peak of the porous metal complex used as a template. It is preferably in the range of °, more preferably in the range of ± 0.5 °, and particularly preferably in the range of ± 0.2 °.

本実施形態の製造方法により得られた炭素材料は、炭素材料の用途として従来公知の種々の用途に用いられうる。例えば、活物質として、電池(例えば、リチウムイオン二次電池)やキャパシタといった電気化学デバイスに用いられうる。また、水素やメタン等の高付加価値のガスを貯蔵するためのガス貯蔵材料として用いることもできる。これらのいずれの用途に用いられる場合であっても、特に工業的な大量生産を念頭に置いた場合には、得られる炭素材料の構造が均一に安定したものであることが好ましい。この点で、所望の構造を有する炭素材料が安定的に製造されうる本実施形態の製造方法は、従来技術に対して有利な効果を奏するものである。なお、本実施形態で鋳型として用いられる金属錯体は、化合物自体としては公知である(上記文献(Chem. Commun.))。一方、金属錯体を鋳型として用いて有機化合物を炭化させて炭素材料を製造する技術も特許文献1により公知である。しかしながら、これらの公知の事実どうしを組み合わせたときに本発明のような作用効果が得られるということは、本願出願時における当業者であっても予測することができなかった顕著なものである。   The carbon material obtained by the manufacturing method of the present embodiment can be used for various applications that are conventionally known as applications of carbon materials. For example, the active material can be used in an electrochemical device such as a battery (for example, a lithium ion secondary battery) or a capacitor. It can also be used as a gas storage material for storing high value-added gases such as hydrogen and methane. Even when used in any of these applications, it is preferable that the structure of the obtained carbon material is uniform and stable, particularly when industrial mass production is taken into consideration. In this respect, the manufacturing method of the present embodiment in which the carbon material having a desired structure can be stably manufactured has an advantageous effect over the prior art. In addition, the metal complex used as a template in this embodiment is known as the compound itself (the above-mentioned document (Chem. Commun.)). On the other hand, Patent Document 1 discloses a technique for producing a carbon material by carbonizing an organic compound using a metal complex as a template. However, it is remarkable that even those skilled in the art at the time of filing the present application could not predict that the effects as in the present invention can be obtained when these known facts are combined.

本発明の作用効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。   The effect of this invention is demonstrated using a following example and a comparative example. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.

[実施例1]
文献(F. Millange et al., Chem. Commun., 2002, 822-823)に記載の手法に従って、Al(OH)(EDC)(EDC=trans−エチレンジカルボン酸)で表される三次元的多孔性骨格構造を含む多孔性金属錯体を調製し、以下ではこれを鋳型として用いた。ここで、図1に、得られた鋳型について粉末X線回折装置により測定された回折パターンを示す。「洗浄前」とあるのがこの段階の鋳型の回折パターンである。図1に示すように、2θ=10.4°付近に鋭いピーク(第1ピーク)が観察された。なお、調製された鋳型をエタノールで洗浄した後に測定された回折パターンを図1に併せて示す。「洗浄後」とあるのがエタノールで洗浄した後の回折パターンである。図1に示すように、本実施例で鋳型として準備された多孔性金属錯体では、エタノール洗浄を経た後であっても、洗浄前とほとんど同一の回折パターンが観察された。
[Example 1]
Three-dimensional porosity represented by Al (OH) (EDC) (EDC = trans-ethylenedicarboxylic acid) according to the method described in the literature (F. Millange et al., Chem. Commun., 2002, 822-823) A porous metal complex containing a conductive skeleton structure was prepared and used as a template below. Here, FIG. 1 shows a diffraction pattern of the obtained template measured by a powder X-ray diffractometer. “Before cleaning” is the diffraction pattern of the mold at this stage. As shown in FIG. 1, a sharp peak (first peak) was observed in the vicinity of 2θ = 10.4 °. The diffraction pattern measured after washing the prepared template with ethanol is also shown in FIG. “After washing” is a diffraction pattern after washing with ethanol. As shown in FIG. 1, in the porous metal complex prepared as a template in this example, almost the same diffraction pattern as that before the cleaning was observed even after the ethanol cleaning.

上記で準備した鋳型を80℃にて3時間真空乾燥した。その後、当該鋳型の細孔の内部にまで浸入するのに十分な量のフルフリルアルコールを加え、攪拌しながら保持した。次いで、エタノールを用いて鋳型を洗浄し、当該鋳型の表面(細孔の内部の表面も含む)に残存している過剰なフルフリルアルコールを除去した。その後、150℃にて熱処理を行ってフルフリルアルコールを重合させ、次いでアルゴン雰囲気中で800℃にて熱処理することによって重合物を炭化させた。さらに、石英製反応管中でプロピレン(キャリアガスN)を反応管に流しながら800℃にて気相炭化を行い、炭素材料を得た。 The mold prepared above was vacuum dried at 80 ° C. for 3 hours. Thereafter, a sufficient amount of furfuryl alcohol to penetrate into the pores of the mold was added and held with stirring. Next, the template was washed with ethanol to remove excess furfuryl alcohol remaining on the surface of the template (including the surface inside the pores). Thereafter, heat treatment was performed at 150 ° C. to polymerize furfuryl alcohol, and then the polymer was carbonized by heat treatment at 800 ° C. in an argon atmosphere. Furthermore, vapor phase carbonization was performed at 800 ° C. while propylene (carrier gas N 2 ) was allowed to flow through the reaction tube in a quartz reaction tube to obtain a carbon material.

得られた炭素材料は、鋳型として用いた多孔性金属錯体の三次元的多孔性骨格構造が転写された構造を有する。これを確認すべく、得られた炭素材料について粉末X線回折装置により回折パターンを測定したところ、図1に示すのとほとんど同一の(2θ=10.4°付近に鋭いピーク(第1ピーク)を有する)回折パターンが観察された。   The obtained carbon material has a structure in which a three-dimensional porous skeleton structure of a porous metal complex used as a template is transferred. In order to confirm this, when the diffraction pattern of the obtained carbon material was measured with a powder X-ray diffractometer, it was almost the same as shown in FIG. 1 (a sharp peak around 2θ = 10.4 ° (first peak)). A diffraction pattern was observed.

[実施例2]
アルゴン雰囲気中での熱処理の温度を1000℃とし、その後の気相炭化を行なわなかったこと以外は、上述した実施例1と同様の手法により、炭素材料を製造した。得られた炭素材料について実施例1と同様にX線回折パターンを測定したところ、同様の結果が得られた。
[Example 2]
A carbon material was produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the heat treatment in an argon atmosphere was 1000 ° C. and no subsequent vapor phase carbonization was performed. When the X-ray diffraction pattern was measured for the obtained carbon material in the same manner as in Example 1, the same result was obtained.

[実施例3]
鋳型として、Al(OH)(EDC)に代えてAl(OH)(BDC)(BDC=1,4−ベンゼンジカルボン酸)を用いたこと以外は、上述した実施例2と同様の手法により、炭素材料を製造した。
[Example 3]
Carbon was prepared by the same method as in Example 2 except that Al (OH) (BDC) (BDC = 1,4-benzenedicarboxylic acid) was used instead of Al (OH) (EDC) as a template. The material was manufactured.

上述した鋳型について、実施例1と同様にエタノール洗浄前後のX線回折パターンを測定したところ、洗浄の前後のいずれにおいても2θ=17.5°付近に鋭いピークが観察された。   When the X-ray diffraction patterns before and after the ethanol cleaning were measured for the above-mentioned template in the same manner as in Example 1, a sharp peak was observed around 2θ = 17.5 ° before and after the cleaning.

また、得られた炭素材料についても同様にX線回折パターンを測定したところ、上記と同様の結果が得られた。このため、本実施例においても、得られた炭素材料は、鋳型として用いた多孔性金属錯体の三次元的多孔性骨格構造が転写された構造を有することが示される。   Moreover, when the X-ray-diffraction pattern was similarly measured about the obtained carbon material, the result similar to the above was obtained. For this reason, also in the present Example, it is shown that the obtained carbon material has a structure in which the three-dimensional porous skeleton structure of the porous metal complex used as a template is transferred.

[比較例1]
特許文献1の実施例1の記載を参照しつつ、ZnO(BDC)(BDC=1,4−ベンゼンジカルボン酸)を鋳型として準備した。ここで、図2に、準備した鋳型について粉末X線回折装置により測定された回折パターンを示す。「洗浄前」とあるのがこの段階の鋳型の回折パターンである。図2に示すように、2θ=6.9°付近に鋭いピークが観察された。なお、準備した鋳型をエタノールで洗浄した後に測定された回折パターンを図2に併せて示す。「洗浄後」とあるのがエタノールで洗浄した後の回折パターンである。図2に示すように、本比較例で鋳型として準備された多孔性金属錯体では、エタノール洗浄後の回折パターンの第1ピークが2θ=19.3°にシフトしており、また、その他のピークも数多く生じたことがわかる。このことから、本比較例の多孔性金属錯体は、エタノール洗浄によってその三次元的多孔性骨格構造に歪みが生じたり、当該構造が崩壊すると考えられる。
[Comparative Example 1]
With reference to the description of Example 1 of Patent Document 1, Zn 4 O (BDC) 3 (BDC = 1,4-benzenedicarboxylic acid) was prepared as a template. Here, FIG. 2 shows a diffraction pattern measured by a powder X-ray diffractometer for the prepared template. “Before cleaning” is the diffraction pattern of the mold at this stage. As shown in FIG. 2, a sharp peak was observed around 2θ = 6.9 °. In addition, the diffraction pattern measured after wash | cleaning the prepared casting_mold | template with ethanol is shown collectively in FIG. “After washing” is a diffraction pattern after washing with ethanol. As shown in FIG. 2, in the porous metal complex prepared as a template in this comparative example, the first peak of the diffraction pattern after ethanol washing is shifted to 2θ = 19.3 °, and the other peaks It can be seen that a large number of cases occurred. From this, it is considered that the porous metal complex of this comparative example is distorted in the three-dimensional porous skeleton structure by ethanol washing, or the structure is collapsed.

また、準備した鋳型についてN吸着によりBET比表面積を測定し、エタノール洗浄の前後で比較した。その結果、エタノール洗浄前には2300m/g程度あったBET比表面積が、エタノール洗浄後には17m/gにまで低下し、もはや三次元的多孔性骨格構造を維持していないことが強く示唆された。 Further, the BET specific surface area as measured by N 2 adsorption on the prepared templates were compared before and after the ethanol wash. As a result, the BET specific surface area, which was about 2300 m 2 / g before ethanol washing, decreased to 17 m 2 / g after ethanol washing, strongly suggesting that the three-dimensional porous skeleton structure is no longer maintained. It was done.

一方、上記で準備した鋳型を用いて、上述した実施例2と同様の手法により、炭素材料を製造した。得られた炭素材料について実施例1と同様にX線回折パターンを測定したところ、製造過程でエタノール洗浄などによって水分と接触していることから、やはり、図2に示す「洗浄後」とほとんど同一の回折パターンが確認された。このことから、エタノール洗浄などによる水分の影響を受けて三次元的多孔性骨格構造に歪み・崩壊が生じた状態の鋳型の構造が、炭素材料へと転写されたことが示唆される。   On the other hand, using the mold prepared above, a carbon material was manufactured by the same method as in Example 2 described above. When the X-ray diffraction pattern of the obtained carbon material was measured in the same manner as in Example 1, it was almost the same as “after cleaning” shown in FIG. The diffraction pattern of was confirmed. This suggests that the template structure in which the three-dimensional porous skeletal structure is distorted and collapsed due to the influence of moisture such as ethanol washing has been transferred to the carbon material.

[比較例2]
鋳型として、ZnO(BDC)に代えてCu(BTC)(BTC=1,3,5−ベンゼントリカルボン酸)を用いたこと以外は、上述した比較例1と同様の手法により、炭素材料を製造した。
[Comparative Example 2]
Except for using Cu 3 (BTC) 2 (BTC = 1,3,5-benzenetricarboxylic acid) in place of Zn 4 O (BDC) 3 as a template, the same method as in Comparative Example 1 described above, A carbon material was produced.

上述した鋳型について、比較例1と同様にエタノール洗浄前後のX線回折パターンを測定したところ、洗浄前には2θ=11.6°付近に鋭いピーク(第1ピーク)が観察されたのに対し、洗浄後ではこの値が2θ=43.3°にシフトし、また、その他のピークも数多く生じた。このことから、本比較例の多孔性金属錯体もまた、エタノール洗浄によってその三次元的多孔性骨格構造に歪みが生じたり、当該構造が崩壊すると考えられる。   When the X-ray diffraction pattern before and after ethanol washing was measured for the above-mentioned template in the same manner as in Comparative Example 1, a sharp peak (first peak) was observed in the vicinity of 2θ = 11.6 ° before washing. After washing, this value shifted to 2θ = 43.3 °, and many other peaks also occurred. From this, it is considered that the porous metal complex of this comparative example is also distorted in the three-dimensional porous skeleton structure by ethanol washing or collapsed.

一方、上記で準備した鋳型を用いて、上述した比較例1と同様の手法により、炭素材料を製造した。得られた炭素材料について実施例1と同様にX線回折パターンを測定した。その結果、製造過程でエタノール洗浄などによって水分と接触していることから、やはり、上述した「洗浄後」とほとんど同一の回折パターン(2θ=43.3°に第1ピークを有し、かつ、その他のピークも数多く存在するもの)が確認された。このことから、本比較例においても、エタノール洗浄などによる水分の影響を受けて三次元的多孔性骨格構造に歪み・崩壊が生じた状態の鋳型の構造が、炭素材料へと転写されたことが示唆される。   On the other hand, the carbon material was manufactured by the method similar to the comparative example 1 mentioned above using the casting_mold | template prepared above. The X-ray diffraction pattern of the obtained carbon material was measured in the same manner as in Example 1. As a result, since it is in contact with moisture by ethanol washing or the like in the manufacturing process, it has a diffraction pattern almost identical to that of the “after washing” described above (having a first peak at 2θ = 43.3 °, and Many other peaks also existed). Therefore, in this comparative example as well, it was confirmed that the template structure in which the three-dimensional porous skeleton structure was distorted and collapsed due to the influence of moisture such as ethanol washing was transferred to the carbon material. It is suggested.

Claims (6)

下記化学式1:
式中、Mは中心金属であり、Rは有機配位子である、
で表される金属錯体の三次元的多孔性骨格構造を含む多孔性金属錯体を鋳型として準備する第1工程と、
前記多孔性金属錯体を有機化合物と接触させて、前記多孔性金属錯体の表面に前記有機化合物の塗膜を形成する第2工程と、
表面に前記有機化合物の塗膜が形成された前記金属錯体を加熱して、前記有機化合物を重合および炭化させる第3工程と、
を含む、炭素材料の製造方法。
The following chemical formula 1:
Where M is a central metal and R is an organic ligand.
A first step of preparing, as a template, a porous metal complex containing a three-dimensional porous skeleton structure of a metal complex represented by:
A second step of contacting the porous metal complex with an organic compound to form a coating film of the organic compound on the surface of the porous metal complex;
A third step of heating the metal complex having a coating film of the organic compound formed on a surface thereof to polymerize and carbonize the organic compound;
A method for producing a carbon material, comprising:
Mは、3価の金属からなる群から選択される金属である、請求項1に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 1, wherein M is a metal selected from the group consisting of trivalent metals. Mは、Al、Fe、V、Cr、GaおよびInからなる群から選択される金属である、請求項2に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 2, wherein M is a metal selected from the group consisting of Al, Fe, V, Cr, Ga, and In. 前記第2工程が、前記多孔性金属錯体を有機化合物と接触させた後に、低級脂肪族アルコールを用いて前記多孔性金属錯体を洗浄して、過剰な有機化合物を除去する工程をさらに含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の製造方法。   The second step further includes a step of removing excess organic compound by contacting the porous metal complex with an organic compound and then washing the porous metal complex with a lower aliphatic alcohol. Item 4. The method according to any one of Items 1 to 3. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の製造方法により得られた炭素材料であって、
粉末X線回折装置により測定される回折パターンにおいて、炭素材料の第1ピークの2θの値が、前記金属錯体の第1ピークの2θの値に対して±1°の範囲に存在する、炭素材料。
A carbon material obtained by the production method according to any one of claims 1 to 4,
Carbon material in which the value of 2θ of the first peak of the carbon material is in a range of ± 1 ° with respect to the value of 2θ of the first peak of the metal complex in the diffraction pattern measured by the powder X-ray diffractometer .
請求項5に記載の炭素材料を含む、電池用活物質。   A battery active material comprising the carbon material according to claim 5.
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